51408放顶煤工作面回采设备选型核验研究

韩志君(霍州煤电吕临能化庞庞塔煤矿， 山西 临县 033200)

1 前言

某矿井514采区5号煤层厚度为10.31～19.31m，平均14.68m，采用走向长壁综采分层放顶煤采煤法，分两层开采。上分层厚度7.36～9.30m，下分层厚度5.65～7.52m；上分层平均厚度7.4m，机采高度2.4m，放顶煤厚度5.0m，采放比1∶2.083。5号煤层含夹石1～3层，夹石厚0.15～0.60m，一般小于0.50m，属结构简单- 中等，为特厚煤层；倾角16°～23°，一般约20°。

煤层直接顶为砂岩、泥岩，厚度1.03～5.02m，平均2.15m，岩性为深灰- 灰黑色，含植物化石，质较软，属软弱- 半坚硬岩石。根据钻孔采样试验，顶板为泥岩时，抗压强度40～60MPa，平均49.80MPa；抗拉强度1.50～4.00MPa，平均2.70MPa；抗剪内摩擦角34°27′～38°31′，内聚力4.40～9.70MPa，平均7.10MPa。基本顶为中细粒、中粗粒砂岩，厚度7.45～16.27m，平均11.7m，岩性为灰白色，质硬，裂隙发育，成分主要以石英为主，属半坚硬～坚硬岩石。

目前514采区正在回采51404工作面，掘进51408运输巷道、回风巷道，采用走向长壁综采放顶煤一次采全高采煤法，采用前、后部刮板输送机运煤，全部垮落法控制顶板。现有设备：MG300/730- WD型电牵引采煤机，ZF8000/22/35型液压支架、ZFG8000/22/35型过渡液压支架、ZTZ11000/22/33F(A)型端头液压支架，前、后刮板输送机型号为SGZ- 730/160×2，转载机型号为SZZ/764/132，破碎机型号为PLM1000。设备运行平稳，设备之间匹配良好，运输能力也满足使用要求。为了更好的回采51408工作面，对工作面的采煤机、刮板运输机进行选型核验，保障工作面的正常生产。

2 工作面设备选型检验

2.1 工作面采煤机

1)采煤机平均牵引速度

(1)

式中：Vc——正常条件下割煤时采煤机平均牵引速度，m/min；

n——采煤机日进刀数，刀；

L——工作面长度，m；

L1——进刀长度，m；取30m;

T——工作面生产班时间，取18h；

t1——每循环进刀时间，h；

K——采煤机开机率，50%～80%，设计取50%。

工作面日进刀数为

(2)

式中：n——工作面日进刀数，个；

Q年——工作面年设计产量，t/a；

B——机采煤厚占总煤厚的百分比，%；

330——年工作天数，天；

K——不均衡系数，0.90～0.95；

Q刀——工作面一刀产量，t/刀。

工作面每进一刀产量为[1]

Q刀=B×H×L×C×r

(3)

式中：Q刀——工作面一刀产量，t/刀；

B——采煤机滚筒截深，m；

H——平均割煤厚度，m；

L——工作面长度，m；

C——工作面煤的采出率，%；

r——煤的密度，t/m3。

代入计算得出，n=900 000×0.22/(330×0.6×3.3×118×0.93×1.47×0.90)=2.1，考虑正规循环取3个。

因此，Vc=3(118-30)/[(18×0.5-3×0.4)×60]=0.56m/min。

2)采煤机平均生产能力

Qm=60H×B×Vc×r×C

(4)

式中：Qm——正常条件下采煤机平均生产能力，t/h；

H——工作面煤层机采厚度，m；

B——采煤机滚筒截深，m；

Vc——正常条件下割煤时采煤机平均牵引速度，m/min；

r——煤的密度，t/m3；

C——工作面采出率，%。

代入计算得出，Qm=60×3.3×0.6×0.56×1.47×0.93=90.95t/h。

3)采煤机装机功率

P=60Kb×B×H×Vmax×r×Hw

(5)

(6)

式中：P——采煤机装机功率，kW；

Kb——备用系数，1.3～1.5；

B——采煤机滚筒截深，m；

H——工作面煤层平均采高，m；

r——煤的密度，t/m3；

Hw——采煤机单位能耗，kW·h/t，设计取0.7；

Vmax——采煤机最大割煤速度，m/min；

Kc——采煤机割煤速度不均衡系数，1.2～1.5；

V——采煤机平均割煤速度，m/min。

计算得出，P=60×1.4×0.6×3.3×1.3×0.56×1.47×0.7=125kW。

采煤机具体特征见表1。结合目前国内安全高效采煤工作面设备配置，现有的MG300/730- WD型采煤机满足设计要求。

表1 采煤机技术特征表

2.2 工作面刮板输送机

1)前部刮板输送机运输量

一次采全高刮板输送机及放顶煤工作面前部刮板输送机，同时满足下列公式[2]，并取大值。

Q运1≥K1×K2×K3×Qm

(7)

Q运2≥K×Qmax

(8)

(9)

式中：Q运1——刮板输送机运输能力，t/h；

Qm——采煤机平均生产能力，t/h；

K1——输送机装载不均衡系数，1.5；

K2——采煤机与刮板输送机同向运行时的修正系数；

Ve、Vc——刮板输送机链速和采煤机平均割煤速度，方向相同时取“-”,相反取“+”；

K3——煤层倾角及运输方向的系数，取0.9；

K——能力富裕系数，取1.2。

Q运1≥1.5×[1.1/(1.1±0.56)]×0.9×90.95≥250

Q运2≥1.2×250≥300

2)放顶煤工作面后部刮板输送机输送量

Qf=60Hf×B×m×r×Cf(1+Cg)×Vf

(10)

式中：Qf——工作面平均放顶煤能力，t/h；

Hf——综放工作面平均顶煤厚度，m；

B——采煤机滚筒截深，m；

m——放煤步距与采煤机截深之比；

Cf——顶煤采出率，%；

Cg——放出顶煤的含矸率，%；

Vf——沿工作面平均放煤速度，m/s。

Qf=60×11.92×0.6×1×1.47×0.93×(1+0.03)×0.56=338t/h

后部刮板输送机运输能力为

Q运≥Kf×K3×Qf

(11)

式中：Q运——后部刮板输送机运输能力，t/h；

Kf——放煤流量不均衡系数，取1.8；

K3——煤层倾角及运输方向的系数，取0.7。

Q运≥1.8×0.7×338≥426

已有的刮板输送机参数见表2。设计5号煤层工作面选用矿方已有的SGZ730/160×2型可弯曲刮板输送机，满足要求。

表2 刮板输送机技术特征表

2.3 顺槽转载机

顺槽转载机的转载能力为

Qz=KzQc

(12)

式中：QZ——转载机输送机能力，t/h；

KZ——转载机富余系数，1.20；

QC——刮板输送机能力，426t/h。

则QZ=1.20×426=511t/h

转载机技术特征见表3。设计利用现有1台SZZ/764/132型桥式转载机可满足本次设计的要求。

表3 转载机技术特征表

顺槽破碎机的破碎能力也应不小于工作面的生产能力，并与刮板转载机相配套，利用现有1台PLM1000型破碎机，具体特征见表4，能满足本次设计的要求。

表4 破碎机技术特征表

2.4 顺槽可伸缩带式输送机

顺槽胶带输送机要与工作面推进长度相适应，每小时运量应与工作面生产能力相匹配，选用可伸缩带式输送机见表5。51408工作面顺槽选用1部DSJ100/100/2×90型号的可伸缩带式输送机可满足本次设计的要求。

表5 可伸缩带式输送机技术特征表

3 结论

在以51408放顶煤工作面为研究背景，通过对工作面回采设备进行了选型核验，工作面回采设备选型符合工作面的生产能力，能够保证工作面的安全生产。